Новости химической науки > Роль ред-окс процессов в формировании алмазов

В соответствии с проведенными российскими учеными исследованиями областями возникновения залежей алмазов могли быть зоны субдукции (subduction zones) - границы между тектоническими плитами, где Земная кора погружена в горячую мантию -.

Эксперименты позволили определить окислительно-восстановительные реакции, которые приводят к образованию алмаза и объясняют структурные модификации алмаза, таким образом улучшая наше понимание процессов, происходящих глубоко в недрах Земли.

Алмаз почти на 100% состоит из углерода, однако его физические и химические свойства могут меняться в зависимости от крошечных включений твердых и жидких веществ. Руководитель исследования Юрий Пальянов (Yuri Palyanov), из Институт геологии и минералогии имени В.С. Соболева СО РАН (Новосибирск), отмечает, что гетерогенность алмаза, которая ярко отслеживается по структуре включений, содержанию азота и распределению изотопов углерода является причиной многочисленных дискуссий о происхождении алмаза.

Алмазы (темно-серый цвет) начинают выкристаллизовываться из минералов железа (магнезиовюстит, белый цвет) и карбонатных минералов (бледно-серый цвет). (Рисунок из Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2013, DOI: 10.1073/pnas.1313340110)

До настоящего времени просто предполагалось, что в образовании алмазов могут принимать участие окислительно-восстановительные, однако полноценный механизм такого участия до сих пор оставался неясным. Считалось, что гетерогенность алмазов является следствием различных изотопных характеристик углеродных материалов, доступных на различных стадиях кристаллизации алмаза, либо обусловлена составом контрастирующих агентов в среде, из которой начинается кристаллизация.

Пальянов говорит, что его группа впервые провела экспериментальное исследование по образованию алмазов в условиях, характерных для зон субдукции. Пальянов заявляет, что в проведенной учеными работе впервые продемонстрировано, что значительная гетерогенность алмаза может быть связана в основном с одним процессом и одним углеродным источником, а также проведено описание этого процесса.

Эксперименты проводили при высоком давлении и высокой температуре в камерах, которые имитировали условия, обнаруженные в зонах субдукции. Ученые обнаружили, что окисленные минералы коры взаимодействуют с восстановленными насыщенными металлосодержащими породами на уровне нижней мантии. При температуре выше 1000°C карбонат магния и карбонат кальция взаимодействуют с железом, что приводит к образованию новых минералов, включая карбид железа и графит.

Однако, при температуре свыше 1200°C и при давлениях превышающих атмосферное давление приблизительно в 74000 раза исследовательская группа наблюдала градиент степеней окисления. Ученые увидели, что в зоне контакта карбонатов и железа образовывались алмазы размером до миллиметра в диаметре. Анализы показали, что алмазы, которые образовывались в окислительных условиях, содержали больше примесей азота, чем те, которые образовывались в восстановительных условиях.

Пальянов отмечает, что в природных условиях алмаз образуется под воздействием широкого интервала температур, давлений и концентраций кислорода. Пальянов добавляет, что в данной работе экспериментально воспроизведенный механизм является лишь одним из многих возможных механизмов. По его мнению, алмазы, полученные в соответствии с представленным механизмом, могут быть как ювелирными, так и техническими материалами.

Дэн Хоуэлл (Dan Howell), занимающийся исследованием образования алмазов в Университете Маккуори в Австралии, дает следующий комментарий к проделанной исследователями работе. По его мнению, эксперименты, проводимые в условиях высокого давления и высокой температуры, как, например, представленные Пальяновым с коллегами, предоставляют прямое доказательство процессов и механизмов роста кристаллов, происходящих на этих окислительно-восстановительных фронтах.

Хоуэлл говорит, что, как показывают результаты исследования, лучшее понимание таких окислительно-восстановительных процессов по всей мантии, а не только в глубинах зон движения по разломам, в значительной степени поможет при понимании этого важного, но недоступного слоя Земли

Источник: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2013, DOI: 10.1073/pnas.1313340110

метки статьи: #геохимия, #неорганическая химия, #химическая эволюция, #химия твердого тела